兼容传统配电终端与物联终端的自适应接入系统及方法与流程

1.本发明涉及电力技术领域，特别涉及一种兼容传统配电终端与物联终端的自适应接入系统及方法。


背景技术：

2.随着技术的发展，常规的配电自动化以及陪我运维管理技术难以适应配电网数字化转型和新型配电网建设的需求，供电企业逐步引入“云大移物智链”等新技术和新理念，深度融合“配电网+物联网”，实现配电网全面感知，为数字化转型提供技术支撑逐渐成为趋势。为此，供电企业、厂家、高校从配电网物联网标准体系、架构、平台、设计、典型应用场景等各个方面积极探索，提出“云、管、边、端”的开放式物联架构体系，并基于该技术架构在配电云主站、配电物联网平台、物联通信协议、智能配电终端、典型应用场景等展开设计、实践与应用。在配电自动化工程建设中，传统配电终端与新型物联网配电终端在很长一段时间内将并存，配电物联网技术架构基于“云
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管
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边
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端”，采用支持设备子描述的mqtt与coap协议，而传统配电终端大部分采用iec 101/1004规约(以下简称iec协议)。解决传统配电终端、新建物联终端的便捷接入问题，对全面实现配电网中低压监控，推动配电自动化有重要意义。
3.目前在工程现场，为解决传统配电终端与新型物联网配电终端全面接入，多采用在配电主站分别部署前置数据采集系统、物联管理平台(以下简称iot平台)两套数据采集系统，用以分别接入各自对应协议的配电终端。这样一方面增加了硬件成本，另一方面在工程上需要对两套系统进行运维和人员培训，增加了运维工作量、运维难度以及学习成本。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种兼容传统配电终端与物联终端的自适应接入系统及方法，能够实现传统配电终端与新型配电终端的统一接入和管理。
5.第一方面，根据本发明实施例的兼容传统配电终端与物联终端的自适应接入系统，包括：
6.实时数据处理模块，用于与前置数据采集系统进行交互，所述前置数据采集系统与基于iec协议的传统配电终端连接，所述实时数据处理模块用于处理与所述前置数据采集系统之间的交互报文，并通过kafka总线与配电主站进行交互；
7.模型映射模块，用于根据所述传统配电终端的测点信息，参考物联网设备模型生成具备描述特性的虚终端信息，并在redis实时数据库更新或保存数据时，将所述传统配电终端的上送数据转换成对应的端设备数据，以及在发生数据变化时，参考配电物联网终端数据结构进行数据封装，并将封装后的数据发送到所述kafka总线；
8.统一接入模块，用于与iot平台进行交互，所述iot平台连接有基于物联网协议的物联配电终端，所述统一接入模块用于对所述iot平台推送的消息进行分类处理，并将处理
结果封装成统一格式的消息后通过所述kafka总线推送给所述配电主站。
9.根据本发明实施例的兼容传统配电终端与物联终端的自适应接入系统，至少具有如下有益效果：
10.针对传统的基于iec协议的传统配电终端，通过模型映射模块将数据映射成与物联配电终端实时数据一致的数据结构，并通过kafka总线与配电主站进行交互；针对新型的基于物联网协议的物联配电终端，在设备模型抽象基础上统一模型，并通过统一接入模块统一不同厂家iot平台的接入数据模型和数据格式，屏蔽其差异性，实现了传统配电终端与新型配电终端的统一接入，避免采用多套系统进行运维管理。
11.根据本发明的一些实施例，所述实时数据处理模块包括遥信处理单元、遥测处理单元、遥控处理单元和连接检测处理单元；
12.所述遥信处理单元用于接收来自所述前置数据采集系统的变化遥信报文或全遥信报文，并将报文中的上送遥信数据与所述redis实时数据库中的遥信数据进行对比，在数据发生变化的情况下更新所述redis实时数据库中以及推送消息给所述kafka总线；
13.所述遥测处理单元用于接收来自所述前置数据采集系统的变化遥测报文或周期遥测报文，并将报文中的上送遥测数据与所述redis实时数据库中的遥测数据进行对比，在数据发生变化的情况下更新所述redis实时数据库以及推送消息给所述kafka总线；
14.所述遥控处理单元用于接收来自所述前置数据采集系统的遥控返回报文，并根据点表将所述遥控返回报文封装成标准格式的消息后推送给所述kafka总线；
15.所述连接检测处理单元用于定周期向所述前置数据采集系统发送心跳报文，并在预设发送次数和心跳周期内未收到检测报文，推送连接异常告警消息，并尝试重新连接。
16.根据本发明的一些实施例，所述统一接入模块包括连接单元、设备管理单元和消息处理单元；
17.所述连接单元用于为所述配电主站和所述iot平台之间建立安全连接；
18.所述设备管理单元用于为所述配电主站与所述iot平台在设备发生变化的情况下，提供数据同步服务；
19.所述消息处理单元用于根据消息主题对消息通知进行分类处理，并将处理结果按照统一格式保存至所述redis实时数据库以及将所述处理结果封装成统一格式的消息通过所述kafka总线推送给所述配电主站。
20.根据本发明的一些实施例，兼容传统配电终端与物联终端的自适应接入系统还包括安全接入模块，所述安全接入模块部署在所述iot平台与所述物联配电终端之间，所述安全接入模块用于执行对外身份认证和密钥协商、维护认证和密钥协商参数、上下行数据的安全封装和解封以及维护链路信息。
21.根据本发明的一些实施例，所述安全接入模块包括iot安全接入单元和ac安全接入单元，所述iot安全接入单元部署在所述iot平台的iot接入代理与安全接入网关之间，所述ac安全接入单元部署在所述iot平台的ac控制器前端。
22.第二方面，根据本发明实施例的兼容传统配电终端与物联终端的自适应接入方法，包括步骤：
23.提供实时数据处理服务，所述实时数据处理服务用于与前置数据采集系统建立连接，并处理与所述前置数据采集系统之间的交互报文，以及通过kafka总线与配电主站进行
交互，其中，所述前置数据采集系统与基于iec协议的传统配电终端连接；
24.提供模型映射服务，所述模型映射服务用于根据所述传统配电终端的测点信息，参考物联网设备模型生成具备描述特性的虚终端信息，并在redis实时数据库更新或保存数据时，将所述传统配电终端的上送数据转换成对应的端设备数据，以及在发生数据变化时，参考配电物联网终端数据结构进行数据封装，并将封装后的数据发送到所述kafka总线；
25.提供统一接入服务，所述统一接入服务用于与iot平台进行交互，并对所述iot平台推送的消息进行分类处理，以及将处理结果封装成统一格式的消息后通过所述kafka总线推送给所述配电主站，其中，所述iot平台连接有基于物联网协议的物联配电终端。
26.根据本发明实施例的兼容传统配电终端与物联终端的自适应接入方法，至少具有如下有益效果：
27.针对传统的基于iec协议的传统配电终端，通过模型映射服务将数据映射成与物联配电终端实时数据一致的数据结构，并通过kafka总线与配电主站进行交互；针对新型的基于物联网协议的物联配电终端，在设备模型抽象基础上统一模型，并通过统一接入服务统一不同厂家iot平台的接入数据模型和数据格式，屏蔽其差异性，实现了传统配电终端与新型配电终端的统一接入，避免采用多套系统进行运维管理。
28.根据本发明的一些实施例，所述实时数据处理服务包括；
29.接收来自所述前置数据采集系统的变化遥信报文或全遥信报文，并将报文中的上送遥信数据与所述redis实时数据库中的遥信数据进行对比，在数据发生变化的情况下更新所述redis实时数据库中以及推送消息给所述kafka总线；
30.接收来自所述前置数据采集系统的变化遥测报文或周期遥测报文，并将报文中的上送遥测数据与所述redis实时数据库中的遥测数据进行对比，在数据发生变化的情况下更新所述redis实时数据库以及推送消息给所述kafka总线；
31.接收来自所述前置数据采集系统的遥控返回报文，并根据点表将所述遥控返回报文封装成标准格式的消息后推送给所述kafka总线；
32.定周期向所述前置数据采集系统发送心跳报文，并在预设发送次数和心跳周期内未收到检测报文，推送连接异常告警消息，并尝试重新连接。
33.根据本发明的一些实施例，所述统一接入服务包括：
34.为所述配电主站和所述iot平台之间建立安全连接；
35.为所述配电主站与所述iot平台在设备发生变化的情况下，提供数据同步服务；
36.根据消息主题对消息通知进行分类处理，并将处理结果按照统一格式保存至所述redis实时数据库以及将所述处理结果封装成统一格式的消息通过所述kafka总线推送给所述配电主站。
37.根据本发明的一些实施例，兼容传统配电终端与物联终端的自适应接入方法还包括步骤：提供安全接入服务，所述安全接入服务部署在所述iot平台与所述物联配电终端之间，所述安全接入服务用于提供对外身份认证和密钥协商、维护认证和密钥协商参数、上下行数据的安全封装和解封以及维护链路信息服务。
38.根据本发明的一些实施例，所述提供安全接入服务，包括：
39.在所述iot平台的iot接入代理与安全接入网关之间提供iot安全接入服务；
40.在所述iot平台的ac控制器前端提供ac安全接入服务；
41.所述iot安全接入服务用于执行步骤：
42.为所述iot平台提供对外的身份认证和密钥协商，维护认证和密钥协商参数服务；
43.对第一上行数据进行安全解封，并将所述第一上行数据以明文形式发送给所述iot平台；
44.对第一下行数据进行安全封装，并将所述第一下行数据以密文形式发送给所述物联配电终端；
45.对所述安全接入网关以及所述iot平台的tcp链路信息进行维护；
46.所述ac安全接入服务用于执行步骤：
47.为所述ac控制提供对外的身份认证和密钥协商，维护认证和密钥协商参数服务；
48.对第二上行数据进行安全解封，并将所述第二上行数据以明文形式发送给所述ac控制器；
49.对第二下行数据进行安全封装；
50.对所述安全接入网关以及所述ac控制器的tcp链路信息进行维护。
51.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
52.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
53.图1为本发明实施例的兼容传统配电终端与物联终端的自适应接入系统的原理框图；
54.图2为图1示出的兼容传统配电终端与物联终端的自适应接入系统的安全接入模块的原理框图；
55.图3为本发明实施例的兼容传统配电终端与物联终端的自适应接入方法的处理流程图；
56.图4为图3示出的兼容传统配电终端与物联终端的自适应接入系统的安全接入服务的处理流程图。
具体实施方式
57.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
58.在本发明的描述中，“若干”的含义是一个或者多个，“多个”的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，“以上”、“以下”、“以内”等理解为包括本数。如果有描述到“第一”、“第二”等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
59.本发明的描述中，除非另有明确的限定，“连接”、“部署”等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体
含义。
60.实施例1
61.本实施例公开了一种兼容传统配电终端与物联终端的自适应接入系统，该系统基于微服务架构，提供标准接口和典型接入配置，不同厂家的iot平台/服务或不同规约可根据标准接口适配，统一接入到配电主站。在接入流程上，针对传统配电终端沿用传统的配电自动化主站系统中的前置数据采集系统为传统配电终端的提供数据接入服务，通过模型映射服务将传统配电终端的数据映射成与新型配电终端(即基于物联网协议的物联配电终端)实时数据一致的数据结构，通过kafka总线与配电主站进行交互，针对新型配电终端，在设备模型抽象的基础上统一模型，并通过统一接入服务统一不同厂家的iot平台接入数据模型和数据格式，从而屏蔽不同iot平台的差异性。
62.应当了解的是，配电主站，即配电自动化主站系统(master station system of distribution automation)，是配电自动化系统的核心部分，主要用于实现配电网数据采集与监控等基本功能和电网拓扑分析应用等扩展功能，并具有与其他应用信息系统进行信息交互的功能，为配电网调度指挥和生产管理提供技术支持。与配电主站配套的是配电终端(remote terminal unit of distribution automation system)，配电终端是安装于中压配电网现场的各种远方监测、控制单元的总称，配电终端主要包括配电开关监控终端(即ftu，馈线终端)、配电变压器监测终端(即ttu，配变终端)、开关站和公用及客户配电所的监控终端(即dtu，站所终端)等，kafka总线是基于消息发布/订阅模式实现的消息总线，具有消息持久化、高吞吐量、支持消息分区以及分布式消费、跨平台应用以及支持实时数据处理和离线数据处理的特点，其中，kafka总线可以对关系数据库和redis实时数据库进行访问，以便于对数据进行存储和查询。下面对本实施例的兼容传统配电终端与物联终端的自适应接入系统进行详细讨论。
63.请参照图1，本实施例的兼容传统配电终端与物联终端的自适应接入系统，包括实时数据处理模块100、模型映射模块200和统一接入模块300。
64.实时数据处理模块100作为客户端与前置数据采集系统建立连接，并用于提供实时数据处理服务，即实时数据处理模块100用于与前置数据采集系统进行交互，并处理与前置数据采集系统之间的交互报文，以及通过kafka总线与配电主站进行交互，其中，前置数据采集系统与基于iec协议的传统配电终端连接；
65.模型映射模块200用于提供模型映射服务，即模型映射模块200用于根据传统配电终端的测点信息，参考物联网设备模型生成具备描述特性的虚终端信息，并在redis实时数据库更新或保存数据时，将传统配电终端的上送数据转换成对应的端设备数据，以及在发生数据变化时，参考配电物联网终端数据结构进行数据封装，并将封装后的数据发送到kafka总线。本实施例针对传统配电终端，通过模型映射服务将ice点表转换成具备设备描述特点的设备模型，屏蔽基于iec协议和基于物联网协议的配电终端在配电主站应用的差异性，可以在不增加硬件设备的基础上支持传统配电终端的便捷接入。应当了解的是，点表是自动化控制系统的术语。在自动化控制系统中，把变量点简称为点，点表用于表征自动化控制系统内各个变量的使用情况，整个自动化控制系统的建设都是以点表中变量的描述和规定为基础而建设的。通常，每个变量都会有对应的唯一的变量名、设备名、设备地址、寄存器和寄存器地址等相关内容。
66.统一接入模块300用于与iot平台进行交互，统一接入模块300用于提供统一接入服务，即统一接入模块300用于对iot平台推送的消息进行分类处理，并将处理结果封装成统一格式的消息后通过kafka总线推送给配电主站，在本实施例中，统一接入模块300提供http restful和kafka两种消息通信方式。值得理解的是，iot平台连接有基于物联网协议的物联配电终端。
67.本实施例针对传统的基于iec协议的传统配电终端，通过模型映射模块200将数据映射成与物联配电终端实时数据一致的数据结构，并通过kafka总线与配电主站进行交互；针对新型的基于物联网协议的物联配电终端，在设备模型抽象基础上统一模型，并通过统一接入模块300统一不同厂家iot平台的接入数据模型和数据格式，屏蔽其差异性，实现了传统配电终端与新型配电终端的统一接入，避免采用多套系统进行运维管理。
68.在本实施例中，实时数据处理模块100包括遥信处理单元、遥测处理单元、遥控处理单元和连接检测处理单元；
69.其中，遥信处理单元用于接收来自前置数据采集系统的变化遥信报文或全遥信报文，并将报文中的上送遥信数据与redis实时数据库中的遥信数据进行对比，在数据发生变化的情况下更新redis实时数据库中以及推送消息给kafka总线；
70.遥测处理单元用于接收来自前置数据采集系统的变化遥测报文或周期遥测报文，并将报文中的上送遥测数据与redis实时数据库中的遥测数据进行对比，在数据发生变化的情况下更新redis实时数据库以及推送消息给kafka总线；
71.遥控处理单元用于接收来自前置数据采集系统的遥控返回报文，并根据点表将遥控返回报文封装成标准格式的消息后推送给kafka总线；
72.连接检测处理单元用于定周期向前置数据采集系统发送心跳报文，并在预设发送次数和心跳周期内未收到检测报文，推送连接异常告警消息，并尝试重新连接。
73.在本实施例中，统一接入模块300包括连接单元、设备管理单元和消息处理单元；
74.连接单元用于为配电主站和iot平台之间建立安全连接，其中安全连接是指提供鉴权、token(令牌)和订阅消息等服务以确保双方安全以及可靠通信；
75.设备管理单元用于为配电主站与iot平台在设备发生变化的情况下，提供数据同步服务，用以保证双方模型的一致性和同步性；
76.消息处理单元用于根据消息主题对消息通知进行分类处理，并将处理结果按照统一格式保存至redis实时数据库以及将处理结果封装成统一格式的消息通过kafka总线推送给配电主站，其中消息通知包括设备的注册/删除/变更、设备数据变化和设备命令响应中的至少之一。
77.请参照图1，本实施例的兼容传统配电终端与物联终端的自适应接入系统还包括安全接入模块400，安全接入模块400部署在iot平台与物联配电终端之间，安全接入模块400用于提供安全接入服务，即安全接入模块400用于执行对外身份认证和密钥协商、维护认证和密钥协商参数、上下行数据的安全封装和解封以及维护链路信息。
78.安全接入模块400结合配电自动化的安全防护要求以及物联网协议的传输特点，提供一体化认证机制，有利于提高数据的安全性。
79.具体的，请参照图2，安全接入模块400包括iot安全接入单元410和ac安全接入单元420(ac，wireless access point controller，无线控制器)，iot安全接入单元410部署
在iot平台的iot接入代理与安全接入网关之间，ac安全接入单元420部署在iot平台的ac控制器前端。
80.其中，iot安全接入单元410用于提供iot安全接入服务，即iot安全接入单元410用于为iot平台提供对外的身份认证和密钥协商，维护认证和密钥协商参数服务、对第一上行数据进行安全解封，并将第一上行数据以明文形式发送给iot平台、对第一下行数据进行安全封装，并将第一下行数据以密文形式发送给物联配电终端、以及对安全接入网关以及iot平台的tcp链路信息进行维护。
81.ac安全接入单元420用于提供ac安全接入服务，即ac安全接入单元420用于为ac控制提供对外的身份认证和密钥协商，维护认证和密钥协商参数服务、对第二上行数据进行安全解封，并将第二上行数据以明文形式发送给ac控制器、对第二下行数据进行安全封装、以及对安全接入网关以及ac控制器的tcp链路信息进行维护。
82.实施例2
83.请参照图3，本实施例公开一种兼容传统配电终端与物联终端的自适应接入方法，包括步骤：
84.s100、提供实时数据处理服务，实时数据处理服务用于与前置数据采集系统建立连接，并处理与前置数据采集系统之间的交互报文，以及通过kafka总线与配电主站进行交互，其中，前置数据采集系统与基于iec协议的传统配电终端连接；
85.s200、提供模型映射服务，模型映射服务用于根据传统配电终端的测点信息，参考物联网设备模型生成具备描述特性的虚终端信息，并在redis实时数据库更新或保存数据时，将传统配电终端的上送数据转换成对应的端设备数据，以及在发生数据变化时，参考配电物联网终端数据结构进行数据封装，并将封装后的数据发送到kafka总线；
86.s300、提供统一接入服务，统一接入服务用于与iot平台进行交互，并对iot平台推送的消息进行分类处理，以及将处理结果封装成统一格式的消息后通过kafka总线推送给配电主站，其中，iot平台连接有基于物联网协议的物联配电终端。
87.本实施例针对传统的基于iec协议的传统配电终端，通过模型映射服务将数据映射成与物联配电终端实时数据一致的数据结构，并通过kafka总线与配电主站进行交互；针对新型的基于物联网协议的物联配电终端，在设备模型抽象基础上统一模型，并通过统一接入服务统一不同厂家iot平台的接入数据模型和数据格式，屏蔽其差异性，实现了传统配电终端与新型配电终端的统一接入，避免采用多套系统进行运维管理。
88.需要说明的是，在本实施例的描述中，对方法步骤的连续标号是为了方便审查和理解，结合本实施例的整体技术方案以及各个步骤之间的逻辑关系，调整步骤之间的实施顺序并不会影响本实施例技术方案所达到的技术效果。为了避免赘述，本实施例中未涉及的内容可参照实施例1。
89.在步骤s100中，实时数据处理服务包括；
90.s310、接收来自前置数据采集系统的变化遥信报文或全遥信报文，并将报文中的上送遥信数据与redis实时数据库中的遥信数据进行对比，在数据发生变化的情况下更新redis实时数据库中以及推送消息给kafka总线；
91.s320、接收来自前置数据采集系统的变化遥测报文或周期遥测报文，并将报文中的上送遥测数据与redis实时数据库中的遥测数据进行对比，在数据发生变化的情况下更
新redis实时数据库以及推送消息给kafka总线；
92.s330、接收来自前置数据采集系统的遥控返回报文，并根据点表将遥控返回报文封装成标准格式的消息后推送给kafka总线；
93.s340、定周期向前置数据采集系统发送心跳报文，并在预设发送次数和心跳周期内未收到检测报文，推送连接异常告警消息，并尝试重新连接。
94.在步骤s300中，统一接入服务包括：
95.s310、为配电主站和iot平台之间建立安全连接，其中安全连接是指提供鉴权、token(令牌)和订阅消息等服务以确保双方安全以及可靠通信；
96.s320、为配电主站与iot平台在设备发生变化的情况下，提供数据同步服务，用以保证双方模型的一致性和同步性；
97.s330、根据消息主题对消息通知进行分类处理，并将处理结果按照统一格式保存至redis实时数据库以及将处理结果封装成统一格式的消息通过kafka总线推送给配电主站，其中消息通知包括设备的注册/删除/变更、设备数据变化和设备命令响应中的至少之一。
98.请参照图1，本实施例的兼容传统配电终端与物联终端的自适应接入方法还包括步骤：
99.s400、提供安全接入服务，安全接入服务部署在iot平台与物联配电终端之间，安全接入服务用于提供对外身份认证和密钥协商、维护认证和密钥协商参数、上下行数据的安全封装和解封以及维护链路信息服务。
100.安全接入模块结合配电自动化的安全防护要求以及物联网协议的传输特点，提供一体化认证机制，有利于提高数据的安全性。
101.具体的，请参照图4，s400、提供安全接入服务，包括：
102.s410、在iot平台的iot接入代理与安全接入网关之间提供iot安全接入服务；
103.s420、在iot平台的ac控制器前端提供ac安全接入服务；
104.其中，在步骤s410中，iot安全接入服务用于执行步骤：
105.s411、为iot平台提供对外的身份认证和密钥协商，维护认证和密钥协商参数服务；
106.s412、对第一上行数据进行安全解封，并将第一上行数据以明文形式发送给iot平台；
107.s413、对第一下行数据进行安全封装，并将第一下行数据以密文形式发送给物联配电终端；
108.s414、对安全接入网关以及iot平台的tcp链路信息进行维护；
109.在步骤s420中，ac安全接入服务用于执行步骤：
110.s421、为ac控制提供对外的身份认证和密钥协商，维护认证和密钥协商参数服务；
111.s422、对第二上行数据进行安全解封，并将第二上行数据以明文形式发送给ac控制器；
112.s423、对第二下行数据进行安全封装；
113.s424、对安全接入网关以及ac控制器的tcp链路信息进行维护。
114.上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在
所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。